Ватт-амперная характеристика лазера

Ватт-амперные и вольтамперные характеристики нужны для определения требований к электрической схеме, в которую включается ЛД. По этим характеристикам определяются напряжения и токи необходимые для получения требуемой мощности излучения. Вольтамперные характеристики ЛД принципиально не отличаются от вольтамперных характеристик СИД. Напряжение на ЛД в режиме лазерной генерации при номинальном токе накачки составляет (1.5-2) В для GaAlAs ЛД (l=0.85 мкм) и около 1.2 В для InGaAsP/InP ЛД (l=1.3-1.55мкм).

ЛД имеет нелинейную ватт-амперную характеристику, которую можно в первом приближении разбить на два участка (рис. 5.18)

(5.19)

На первом участке при малых токах накачки (меньше порогового тока I_пор) ЛД фактически работает как торцевой СИДс малой крутизной ватт-амперной характеристики ( ). При больших токах накачки (больше порогового тока I_пор) ЛД работает в режиме лазерной генерации с высокой крутизной ватт-амперной характеристики ( ).

Рис. 5.18. Ватт-амперная характеристика ЛД (слева) и спектр его излучения при токе
ниже порогового (синяя кривая) и в режиме генерации (красная кривая) (справа)

При приложении напряжения от внешнего источника лазерный диод не сразу переходит в режим генерации излучения. При малом токе имеет место спонтанное излучение (рис. 5.20б) с шириной спектра излучения в несколько сот микрометров. ЛД работает как СИД. При достижении током накачки некоторого порогового значения ЛД переходит в режим генерации, при этом испускаемое излучение существенно сужается одновременно по ширине спектра и по пространственной расходимости.

Пороговый ток в значительной степени зависит от температуры:

(5.20)

где - характеристическая температура, которая составляет 120-150 К для ЛД AlGaAs (l=0.85 мкм) и 50-70 К для ЛД InGaAsP/InP (l=1.3-1.55мкм), I_пор0 - пороговый ток при температуре T₀. Обычно пороговый ток для ЛД с мощностью до нескольких мВт составляет 45-80 мА

Коэффициент полезного действия ЛД при номинальном режиме составляет 10-15%. Он определяется отношением излучаемой оптической мощности к потребляемой электрической мощности. Квантовый выход ЛД непрерывного излучения достигает 40-60%.